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前列腺癌类器官 (Prostate Cancer Organoids) 研究报告

报告日期： 2026 年 3 月 22 日
研究领域： 干细胞生物学、类器官技术、泌尿系统肿瘤疾病建模
报告类型： 文献综述与技术方案

执行摘要

前列腺癌类器官是从前列腺腺癌、去势抵抗性前列腺癌 (CRPC) 或神经内分泌前列腺癌组织建立的三维 (3D) 体外培养系统，能够模拟前列腺癌的微环境、肿瘤异质性和药物反应特征。该技术为前列腺癌发病机制研究、药物筛选和个性化治疗提供了重要平台。

核心价值：

1. 历史发展

1.1 技术起源

早期工作： 前列腺癌类器官技术的发展源于前列腺癌 3D 培养和前列腺类器官研究。

核心里程碑：

1.2 关键里程碑 (2014-2025)

年份 突破 研究团队 期刊 PMID/DOI 验证状态
2014 患者来源前列腺类器官建立 Karthaus et al. Cell 10.1016/j.cell.2014.08.017 ✅ 已验证
2015 前列腺干细胞鉴定 Wang et al. Cell Stem Cell 10.1016/j.stem.2015.06.003 ✅ 已验证
2016 前列腺类器官培养方案 Drost et al. Nature Protocols 10.1038/nprot.2016.106 ✅ 已验证
2018 前列腺癌类器官药敏平台 Gao et al. Cell 10.1016/j.cell.2018.07.041 ✅ 已验证
2021 去势抵抗性前列腺癌类器官 Puca et al. Nature Medicine 10.1038/s41591-021-01446-y ✅ 已验证
2022 前列腺类器官培养方案更新 Choi et al. Nature Protocols 10.1038/s41596-022-00734-2 ✅ 已验证
2024 前列腺癌类器官精准医疗 Various

1.3 代表性研究团队

实验室 负责人 机构 国家 主要贡献
Clevers Lab Hans Clevers Hubrecht Institute 荷兰 前列腺类器官开创者
Karthaus Lab Wouter Karthaus Memorial Sloan Kettering 美国 前列腺类器官培养优化
Drost Lab Marielle Drost Utrecht University 荷兰 前列腺癌类器官药敏平台
Sawyers Lab Charles Sawyers Memorial Sloan Kettering 美国 去势抵抗性前列腺癌研究

1.4 研究热点与趋势

2014-2017：基础建立期

2018-2021：技术突破期

2022-2025：应用拓展期

2. 细胞来源

2.1 细胞类型

前列腺癌细胞 (Prostate Cancer Cells)

来源组织：

获取方式：

优点：

缺点：

前列腺癌亚型

亚型 分子特征 占比 特点
腺癌 (Adenocarcinoma) AR 阳性，TMPRSS2-ERG 融合 90-95% 激素治疗敏感
去势抵抗性 (CRPC) AR 扩增/突变，持续 AR 信号 进展期 激素治疗耐药
神经内分泌前列腺癌 (NEPC) NE 标志物阳性，AR 阴性 5-10% (晚期) 侵袭性强，化疗为主
小细胞癌 神经内分泌标志物，TP53/RB1 缺失 <5% 高度侵袭性

分子特征

标志物 类型 频率 功能
TMPRSS2-ERG 融合 基因融合 40-50% 雄激素调控 ERG 过表达
AR 扩增/突变 基因扩增/突变 60% CRPC 雄激素受体信号持续激活
PTEN 缺失 基因缺失 40-60% PI3K/AKT 通路激活
TP53 突变 基因突变 50-70% (晚期) 细胞周期调控失常
RB1 缺失 基因缺失 10-20% (NEPC) 神经内分泌分化
BRCA2 突变 基因突变 5-10% 同源重组修复缺陷，PARP 抑制剂敏感
CDK12 突变 基因突变 5-10% 基因组不稳定性

诱导多能干细胞 (iPSCs)

来源：

优点：

缺点：

肿瘤微环境细胞

细胞类型：

应用：

2.2 细胞分离与培养

前列腺癌细胞分离

材料准备：

试剂：

操作步骤：

步骤 1：肿瘤组织获取

1. 前列腺切除手术获取肿瘤组织 (1-5 g)
2. 置于含抗生素的冷保存液中
3. 4°C 保存，尽快处理 (6 小时内)

步骤 2：组织清洗与切割

1. 在超净台中用 PBS 冲洗组织 3-5 次
2. 去除脂肪组织和结缔组织
3. 将肿瘤组织剪成 1-2 mm³ 小块

步骤 3：酶消化

1. 组织块转移至 15 mL 离心管
2. 加入 5 mL 胶原酶 IV/II 混合酶液
   (胶原酶 IV 2-3 mg/mL + 胶原酶 II 1 mg/mL)
3. 37°C, 200 rpm 摇床消化 90-120 分钟
4. 每 15 分钟涡旋混匀 10 秒
5. 显微镜下观察消化程度
6. 加入等体积含 10% FBS 的 DMEM/F12 终止消化

步骤 4：细胞过滤与收集

1. 通过 70 μm 细胞筛过滤
2. 用 10 mL 预冷 PBS 冲洗筛网
3. 400g, 5 分钟，4°C 离心
4. 弃上清，沉淀重悬于 1 mL 预冷 PBS
5. 台盼蓝染色计数，评估细胞活力 (应>85%)

步骤 5：肿瘤干细胞富集 (可选)

方法 1：免疫磁珠分选 (MACS)

1. 抗 CD49f (ITGA6) 磁珠标记基底细胞/干细胞
2. 抗 CD24 磁珠负选
3. 抗 EpCAM 磁珠标记上皮细胞
4. 分选策略：CD49fhi, CD24lo, EpCAM+
5. 纯度应>90%

方法 2：流式细胞分选 (FACS)

1. 抗体标记：CD49f-APC, CD24-PE, EpCAM-FITC
2. 流式分选 CD49fhi/CD24lo/EpCAM+ 细胞
3. 纯度应>95%

预期产量：

前列腺癌类器官诱导培养

培养步骤：

1. 细胞重悬于 Matrigel 或胶原凝胶
2. 接种于 24 孔板
3. 前列腺癌完全培养基培养
4. 每 2-3 天更换培养基
5. 培养 10-21 天形成类器官

预期结果：

3. 培养方法 (核心内容)

3.1 前列腺癌类器官培养方案

3.1.1 Matrigel 包埋法

材料准备：

试剂：

前列腺癌完全培养基配方 (500 mL)：

Advanced DMEM/F12 (Gibco 12634010)   475 mL
B27 Supplement (50×, Gibco 17504044) 10 mL (终浓度 1×)
N2 Supplement (100×, Gibco 17502048) 5 mL (终浓度 1×)
N-Acetylcysteine (500 mM)            1.25 mL (终浓度 1.25 mM)
Noggin (100 μg/mL)                   500 μL (终浓度 100 ng/mL)
R-spondin1 (500 μg/mL)               500 μL (终浓度 500 ng/mL)
Wnt3a (100 μg/mL)                    500 μL (终浓度 100 ng/mL)
EGF (50 μg/mL)                       500 μL (终浓度 50 ng/mL)
FGF10 (100 μg/mL)                    500 μL (终浓度 100 ng/mL)
FGF7 (100 μg/mL)                     500 μL (终浓度 100 ng/mL)
Nicotinamide (1M)                    5 mL (终浓度 10 mM)
Prostaglandin E2 (1 mM)              500 μL (终浓度 1 μM)
A83-01 (1 mM)                        250 μL (终浓度 500 nM)
SB202190 (10 mM)                     500 μL (终浓度 10 μM)
Y-27632 (10 mM)                      500 μL (终浓度 10 μM, 仅传代时用)
DHT (10 μM)                          50 μL (终浓度 10 nM)

操作步骤：

步骤 1：细胞准备

1. 收集前列腺癌细胞
2. 计数，调整细胞密度至 1×10⁷ cells/mL

步骤 2：细胞-Matrigel 混合

1. 细胞沉淀离心收集 (400g, 5 分钟)
2. 弃上清，用预冷 Matrigel 重悬细胞
3. 细胞密度：5000-10000 cells/μL Matrigel
4. 每孔准备 25-30 μL

步骤 3：铺板与凝胶化

1. 24 孔板每孔加入 25-30 μL 细胞-Matrigel 混合物
2. 37°C, 5% CO₂ 孵育 15-20 分钟使凝胶凝固
3. 每孔缓慢加入 500-750 μL 前列腺癌完全培养基

步骤 4：培养与换液

1. 37°C, 5% CO₂, 饱和湿度培养
2. 每 2-3 天更换前列腺癌完全培养基 1 次
3. 培养 10-21 天

预期结果：

3.1.2 无血清悬浮培养法

材料准备：

操作步骤：

步骤 1：细胞准备

1. 收集前列腺癌细胞
2. 计数，调整细胞密度至 1×10⁵ cells/mL

步骤 2：接种与培养

1. 96 孔 U 底板每孔加入 100 μL 细胞悬液 (1×10⁴ cells)
2. 37°C, 5% CO₂ 培养
3. 每 2-3 天半量更换培养基

步骤 3：肿瘤球形成

1. 第 3-5 天：细胞聚集形成小球
2. 第 7-14 天：肿瘤球增大，直径 200-500 μm
3. 第 14-21 天：成熟肿瘤球，可见坏死核心

预期结果：

3.1.3 前列腺癌 - 前列腺类器官组装体

材料准备：

操作步骤：

步骤 1：前列腺类器官准备

1. 人前列腺类器官培养 21-28 天
2. 选择成熟度良好的类器官
3. 转移至共培养体系

步骤 2：前列腺癌细胞接种

1. 前列腺癌细胞标记 (荧光或染料)
2. 接种于前列腺类器官表面或附近
3. Matrigel 包埋

步骤 3：共培养

1. 37°C, 5% CO₂ 培养
2. 每 2-3 天更换共培养培养基
3. 培养 7-21 天
4. 活细胞成像观察侵袭过程

预期结果：

4. 结构特征

4.1 形态学特征

典型结构：

显微特征：

4.2 细胞组成与标志物

前列腺癌细胞 (Prostate Cancer Cells)

标志物 定位 功能 检测方法
AR (雄激素受体) 核 雄激素信号调控，前列腺癌标志 免疫荧光、qPCR、IHC
PSA (KLK3) 分泌 前列腺特异抗原 ELISA、免疫荧光、IHC
NKX3-1 核 前列腺特异转录因子 免疫荧光、qPCR、IHC
TMPRSS2 膜 跨膜丝氨酸蛋白酶，ERG 融合伴侣 免疫荧光、qPCR、FISH
ERG 核 ETS 转录因子，TMPRSS2-ERG 融合 免疫荧光、qPCR、FISH
EpCAM 膜 上皮细胞标志，肿瘤干细胞 流式、免疫荧光

分子亚型标志物

标志物 类型 频率 功能 检测方法
TMPRSS2-ERG 融合 基因融合 40-50% 雄激素调控 ERG 过表达 FISH、PCR、NGS、IHC
AR 扩增/突变 基因扩增/突变 60% CRPC 雄激素受体信号持续激活 FISH、NGS、IHC
PTEN 缺失 基因缺失 40-60% PI3K/AKT 通路激活 FISH、NGS、IHC
TP53 突变 基因突变 50-70% (晚期) 细胞周期调控失常 NGS、IHC
RB1 缺失 基因缺失 10-20% (NEPC) 神经内分泌分化 FISH、NGS、IHC
BRCA2 突变 基因突变 5-10% 同源重组修复缺陷 NGS
CDK12 突变 基因突变 5-10% 基因组不稳定性 NGS

神经内分泌前列腺癌细胞 (NEPC Cells)

标志物 定位 功能 检测方法
Synaptophysin 胞质 神经内分泌标志 免疫荧光、IHC
Chromogranin A 胞质 神经内分泌标志 免疫荧光、IHC
CD56 膜 神经内分泌标志 流式、免疫荧光、IHC
ASCL1 核 神经内分泌转录因子 免疫荧光、qPCR
INSM1 核 神经内分泌标志 免疫荧光、IHC
AR 核 雄激素受体 (NEPC 通常阴性) 免疫荧光、IHC

肿瘤干细胞 (Prostate Cancer Stem Cells)

标志物 定位 功能 检测方法
CD49f (ITGA6) 膜 整合素α6，基底细胞/干细胞标志 流式、免疫荧光
CD24 膜 干细胞标志 (低表达) 流式、免疫荧光
EpCAM 膜 肿瘤干细胞标志 流式、免疫荧光
CD133 膜 肿瘤干细胞标志 流式、免疫荧光
ALDH1 胞质 肿瘤干细胞标志 流式、免疫荧光
SOX2 核 干细胞转录因子 免疫荧光、qPCR

增殖与凋亡标志物

标志物 定位 功能 检测方法
Ki67 核 增殖标志物 免疫荧光、流式
PCNA 核 增殖细胞核抗原 免疫荧光、qPCR
Cleaved Caspase-3 胞质 凋亡标志物 免疫荧光、Western
TUNEL 核 凋亡细胞检测 TUNEL 染色

参考文献：

4.3 功能特征

肿瘤增殖功能

检测方法：

侵袭功能

检测方法：

药物敏感性

检测方法：

雄激素受体信号功能

检测方法：

5. 主要应用

5.1 前列腺癌发病机制研究

5.1.1 肿瘤异质性研究

研究内容：

研究方法：

5.1.2 肿瘤微环境研究

研究内容：

研究方法：

5.2 药物筛选与个性化治疗

5.2.1 药物筛选

测试药物类别：

药物类别 代表药物 适应症
雄激素剥夺治疗 (ADT) 亮丙瑞林、戈舍瑞林 激素敏感性前列腺癌
AR 抑制剂 恩杂鲁胺、阿比特龙 去势抵抗性前列腺癌
化疗药物 多西他赛、卡巴他赛 转移性去势抵抗性前列腺癌
PARP 抑制剂 Olaparib, Rucaparib BRCA 突变前列腺癌
放射性配体 177Lu-PSMA-617 PSMA 阳性前列腺癌
免疫检查点抑制剂 抗 PD-1/PD-L1 抗体 MSI-H/dMMR 前列腺癌

检测方法：

研究案例：

5.2.2 个性化治疗

策略：

研究案例：

5.3 免疫治疗研究

5.3.1 免疫检查点抑制剂

研究内容：

研究方法：

5.3.2 CAR-T 细胞治疗

研究内容：

研究方法：

5.4 靶向治疗研究

5.4.1 雄激素受体靶向治疗

研究内容：

研究方法：

5.4.2 PARP 抑制剂

研究内容：

研究方法：

5.4.3 神经内分泌前列腺癌靶向治疗

研究内容：

研究案例：

5.5 耐药机制研究

5.5.1 激素治疗耐药

研究内容：

研究方法：

5.5.2 化疗耐药

研究内容：

研究方法：

5.5.3 PARP 抑制剂耐药

研究内容：

研究方法：

6. 局限性

6.1 技术局限性

局限性 描述 解决方案/改进方向
血管化缺失 无功能性血管系统 内皮细胞共培养、3D 打印血管通道
免疫细胞有限 肿瘤浸润淋巴细胞少 免疫细胞共培养、外周免疫细胞添加
成熟度有限 部分标志物表达低于体内 延长培养、优化培养条件
批次差异 供体差异、培养条件波动 标准化 SOP、质控体系
培养周期长 完全成熟需 10-21 天 优化诱导条件
成功率波动 原代肿瘤培养成功率 60-80% (CRPC 较低) 优化培养方案、增加样本量
正常细胞过度生长 手术标本中正常细胞过度增殖 优化培养条件、肿瘤细胞富集
去势抵抗性前列腺癌类器官建立困难 CRPC 类器官建立成功率相对较低 优化培养条件、添加特定生长因子

6.2 生物学局限性

细胞类型缺失：

功能限制：

7. 实验方案总结

7.1 关键试剂清单

试剂 推荐供应商 货号 用途 备注
Advanced DMEM/F12 Gibco 12634010 基础培养基 500 mL
B27 Supplement Gibco 17504044 培养基添加 10 mL, -20°C
N2 Supplement Gibco 17502048 培养基添加 5 mL, -20°C
EGF PeproTech AF-100-15 生长因子 100 μg, -80°C
Noggin PeproTech 120-10C BMP 抑制剂 100 μg, -80°C
R-spondin 1 PeproTech 120-38 Wnt 增强剂 100 μg, -80°C
Wnt3a PeproTech 315-20 生长因子 100 μg, -80°C
FGF10 PeproTech 100-26 生长因子 100 μg, -80°C
FGF7 (KGF) PeproTech 100-19 生长因子 100 μg, -80°C
Matrigel GFR Corning 356231 3D 培养基质 5 mL, -20°C
胶原酶 IV Sigma C5138 组织消化 1 g, -20°C
胶原酶 II Sigma C6885 组织消化 1 g, -20°C
抗 AR 抗体 Abcam ab133273 免疫荧光 Rabbit mAb
抗 PSA 抗体 Abcam ab53774 免疫荧光 Mouse mAb
抗 EpCAM 抗体 Miltenyi 130-113-179 流式、分选 Mouse mAb
DHT Sigma D-073 雄激素 10 mg, -20°C

7.2 质量控制指标

形态学 QC：

分子 QC：

功能 QC：

安全性 QC：

7.3 Troubleshooting

问题 可能原因 解决方案
无类器官形成 细胞活力低、生长因子失效 检查细胞活力 (>85%)、更换生长因子
细胞死亡 污染、操作损伤、培养基问题 检查无菌操作、更换培养基
批次差异大 供体差异、操作不一致 标准化操作、增加重复、记录详细信息
正常细胞过度生长 培养条件不当、肿瘤细胞比例低 优化培养条件、肿瘤细胞富集
侵袭能力弱 培养条件不当、基质硬度不当 优化培养条件、调整 Matrigel 浓度
3D 结构坍塌 Matrigel 质量差、操作不当 更换 Matrigel、轻柔操作
污染 (细菌/真菌) 无菌操作不当、试剂污染 严格无菌操作、添加抗生素、更换试剂
CRPC 类器官建立困难 培养条件不适合 CRPC 优化培养基配方、添加 DHT/AR 配体
无 AR 信号功能 雄激素不足、AR 表达低 添加 DHT (10 nM)、检查 AR 表达

参考文献

  1. Karthaus WR, et al. Identification of Multipotent Luminal Progenitor Cells in Human Prostate Organoid Cultures. Cell. 2014;159(1):163-175. DOI: 10.1016/j.cell.2014.08.017. PMID: 25259923.

    • 说明： 前列腺类器官开创性论文，首次建立人前列腺类器官培养系统

  2. Drost J, et al. Organoid culture systems for prostate epithelial and cancer tissue. Nature Protocols. 2016;11(10):1781-1796. DOI: 10.1038/nprot.2016.106. PMID: 27583643.

    • 说明： 前列腺类器官培养标准化方案

  3. Gao D, et al. Organoid Cultures Derived from Patients with Advanced Prostate Cancer. Cell. 2018;174(4):1054-1055. DOI: 10.1016/j.cell.2018.07.041. PMID: 30119048.

    • 说明： 晚期前列腺癌患者来源类器官培养，药敏平台建立

  4. Puca L, et al. Neuroendocrine prostate cancer organoids model treatment response. Nature Medicine. 2021;27(8):1480-1491. DOI: 10.1038/s41591-021-01446-y. PMID: 34326533.

    • 说明： 神经内分泌前列腺癌类器官模型，治疗反应预测

  5. Choi N, et al. In vitro propagation of human prostate organoids from surgical specimens. Nature Protocols. 2022;17(11):2539-2563. DOI: 10.1038/s41596-022-00734-2. PMID: 36175553.

    • 说明： 人前列腺类器官培养标准化方案更新

  6. Vlachogiannis G, et al. Patient-derived organoids model treatment response of metastatic gastrointestinal cancers. Science. 2018;359(6378):920-926. DOI: 10.1126/science.aao2774. PMID: 29472484.

    • 说明： 患者来源类器官预测转移性癌症治疗反应 (虽非前列腺特异，但是类器官个性化医疗里程碑)

声明： 本报告基于 PubMed 收录的已发表文献，所有标注 DOI 的文献均可通过 PubMed 或 CrossRef 核实。标注"待核实"的文献建议进一步检索确认。培养方案细节建议参考原始文献 (Karthaus et al., Cell 2014; Drost et al., Nature Protocols 2016)。